JP3263195B2

JP3263195B2 - 屈折率分布型プラスチック成形体の製法

Info

Publication number: JP3263195B2
Application number: JP21106293A
Authority: JP
Inventors: 義彦三品; 龍二村田; 吉弘魚津; 正昭小田
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp; Mitsubishi Rayon Co Ltd
Priority date: 1993-08-04
Filing date: 1993-08-04
Publication date: 2002-03-04
Anticipated expiration: 2017-03-04
Also published as: JPH0749425A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光集束性レンズ、光集束
性ファイバ等に利用される、プラスチック成形体の中心
から外周に向かって、あるいは、該成形物の一端面から
他端面に向かって連続的な屈折率分布を有するプラスチ
ック光伝送体の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】成形体の中心から外周に向かって連続的
な屈折率分布を有する光伝送体は、すでに特公昭４７−
８１６号公報においてガラス製のものが提案されてい
る。しかしながら、ガラス製の光伝送体は、生産性が低
く、高価なものとなり、かつ、耐衝撃性に乏しく、取扱
いにくいという問題点を有している。

【０００３】このようなガラス製光伝送体に対し、プラ
スチック製の光伝送体を製造する方法がいくつか提案さ
れている。これらの方法はプラスチック円柱状物の中心
から外周に向かって連続的な屈折率分布を有するプラス
チック光伝送体の製造方法であり、大別すると、イオ
ン架橋重合体よりなる合成樹脂円柱状物の中心軸よりそ
の表面に向かって金属イオン濃度を連続的に濃度変化を
もたせるようにしたもの（特公昭４７−２６９１３号公
報）、屈折率の異なる２種以上の透明な重合体の混合
物より製造された合成樹脂円柱体を特定の溶剤で処理
し、前記合成樹脂体の構成成分の少なくとも一方を部分
的に溶解除去することによって、円柱状物の中心から外
周に向かって２種の重合体の混合比を変化させて屈折率
分布をつけるもの（特公昭４７−２８０５９号公報）、
２種の屈折率の異なるモノマーの混合物を円筒状容器
に入れ、重合方法を工夫して、モノマーを重合させて円
柱状物のポリマーの組成比をその中心から表面に向かっ
て変え、屈折率分布ができるようにするもの（特公昭５
４−３０３０１号公報）、円柱状の架橋重合体の表面
より、該架橋重合体の屈折率よりも低い屈折率の重合体
を形成しうるモノマーを拡散させて、表面より内部にわ
たり、このモノマーの含有率が連続的に変化するように
配置した後に該モノマーを重合して屈折率分布をもたせ
た光伝送体とするもの（特公昭５２−５８５７号公報、
特公昭５６−３７５２１号公報）、および反応性を有
する円柱状の重合体の表面より、該重合体よりも低い屈
折率を有し、該反応性重合体と反応しうる基を有する低
分子化合物を拡散、反応させて、該円柱状重合体の表面
より内部にわたり連続的に低分子化合物の濃度を変化さ
せ、屈折率分布をもたせるようにしたもの（特公昭５７
−２９６８２号公報）等である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】これら従来法の共通し
た課題としては、プラスチック製円柱体への屈折率分布
付与化合物の拡散あるいは抽出などの工程に長時間を要
することや、得られる屈折率分布型光伝送体の長さが限
定されることなどから、その生産工程はバッチ式生産方
法であり、バッチ毎に得られる光伝送体の特性が変わる
という難点があるとともに、その生産性が極めて悪く、
工業化技術としては多くの改善されるべき点を有してい
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記従来技術
が抱えていた断続的な生産工程による屈折率分布型プラ
スチック成形体の不合理性を解決し、ガラスあるいはプ
ラスチック光ファイバと同様な連続的な生産を可能とす
るものであり、その要旨とするところは、低屈折率N1の
重合体(A) と、重合体(A) よりも高い屈折率N2の重合体
(B) を与える揮発性の高い単量体(C) および重合体(A)
よりも高い屈折率N3の重合体(D) を与え、かつ、単量体
(C) よりも揮発性の低い単量体(E) との溶解混合組成物
を所望の形に成形し、該成形物の表面よりまず単量体
(C) を揮発させ、その後、単量体(E) を揮発する条件に
おくことによって該成形物の内部から表面に向かって、
あるいは、その片端面から他端面に向かって単量体(C),
(E) の連続的な濃度分布をつけた状態で、該成形体中の
未重合の単量体(C),(E) を重合せしめることを特徴とす
る屈折率分布型プラスチック成形体の製造方法にある。

【０００６】本発明において用いられる重合体(A) と単
量体(C) および単量体(E) との組合せは、単量体(C),
(E) が重合硬化後生成する重合体と重合体(A) とよりな
る組成物が透明となる組合せであれば、どのようなもの
でも用いることができる。

【０００７】本発明の大きな特徴は、重合体(A) と単量
体(C) 、単量体(E) の組合せ方法により、所望とする屈
折率分布を有する光伝送体とすることができること、お
よびその賦形方法を選定することにより、ファイバ状
物、板状物等、所望の形状の屈折率分布型光伝送体とす
ることができる点にある。

【０００８】本発明で、より有意義な形状および屈折率
分布は、断面形状が円の繊維状であり、屈折率がその中
心より周辺に向かって連続的に小さくなっており、光集
束性機能あるいは凸レンズ機能、光ファイバ機能がある
ものである。この場合、円柱状物の中心から周辺になる
ほど重合体(A) の混合比が小さくさせることによって該
円柱状物に屈折率分布を付与することができる。とくに
望ましくは、円柱状物の中心軸に垂直な断面での屈折率
分布Ｎが、中心部の屈折率N₀、中心軸より半径方向の距
離をｒとしたとき、［数１］で示される分布に近い分布
で与えられる場合である。

【数１】

【０００９】本発明の屈折率分布型光伝送体の製造方法
の一例を示すと図１のようになる。低屈折率N1の重合体
(A) と重合体(A) よりも高屈折率N2の重合体(B) を与え
る揮発性の高い単量体(C) および重合体(A) よりも高屈
折率N3の重合体(D) を与え、かつ、単量体(C) よりも揮
発性の低い単量体(E) とを溶解混合してなる組成物をシ
リンダー１に仕込み、ヒーター３で加熱しながらピスト
ン４で定量的に押出し、混練部２で均質に混ぜ合わせた
後にノズルより押出し、ストランドファイバを得る。こ
のストランドファイバを第１揮発塔7aを通し、一定条件
のもと、単量体(C) を選択的にストランドファイバ６の
外周部より揮発させ、また、その後第２揮発塔7bを通
し、単量体(E) をも揮発させてストランドファイバ中の
単量体(C)、単量体(E) の表面から中心へ向かって連続
的な分布を付けた後に、次いで活性光線照射部８に導
き、単量体混合物を重合固化させて、ニップローラー10
を経て巻取りドラム11に巻取り、目的の光伝送体12を連
続的に得る。この時、保温塔７の温度コントロールを容
易にすることや、活性光線による重合を容易にする目的
で、ガス導入孔９より窒素、アルゴンガス等の不活性気
体を導入することが望ましい。

【００１０】本発明の方法によって作られた屈折率分布
型光伝送体は最外周部近傍の屈折率分布が二次曲線に近
いものとなり、テーリングによる屈折率分布の乱れを著
しく改善したものとすることができる。

【００１１】また、本発明においてストランドファイバ
中の単量体の光重合を促進するための、従来公知の光重
合開始剤、あるいは促進剤、増感剤をストランドファイ
バ形成用樹脂組成物中に添加することは有効な手段であ
る。さらに前記組成物の貯蔵安定性を高めるために、お
よび組成物を繊維状に賦形するときの粘度変化、熱重合
を防止するために、従来公知の熱重合禁止剤を用いるの
が好ましい。このようにして得られた組成物は 100℃程
度の温度では熱重合反応は起さないが、均質な光伝送体
を得るには、前駆組成物を充分に均質に混練する必要が
ある。

【００１２】混練操作には、従来公知の混練装置が使用
できる。また、直径が 0.5〜５mm程度の繊維状の光伝送
体を得るには、とくにこのストランドファイバ形成用組
成物の押出し温度での粘度が重要であり、 1,000〜100,
000 ポイズ、好ましくは 5,000〜50,000ポイズの粘度範
囲にあるのがよい。

【００１３】本発明に用いる単量体重合用の活性光源と
しては、 150〜600nm の波長の光を放出する炭素アーク
灯、超高圧水銀灯、高圧水銀灯、低圧水銀灯、ケミカル
ランプ、キセノンランプ、レーザー光等が使用できる。
また場合によっては、電子線を照射して重合させても差
し支えない。さらに重合を完結させるために、あるいは
残留モノマーをできるだけ少なくするために、光重合を
２段階にする、あるいは熱重合法と光重合法とを併用す
るのが有効である。重合に引き続いて残留モノマーを熱
風等により乾燥してもよい。本発明の光伝送体に残留し
ている単量体はできるだけ少ない方が好ましく、５％以
下、さらには３％以下、さらに好ましくは 1.5％以下で
あり、上述の方法により達成することが可能である。

【００１４】以下、実施例により本発明をさらに詳細に
説明する。

【００１５】

【実施例】

［評価方法］１．評価装置レンズ性能の評価は図２に示すような評価装置を用いて
行った。２．試料の調整試作した屈折率分布型レンズを、通過するHe−Neレーザ
ー光線のうねりから判定した光線の周期（λ）のほぼ1/
4 の長さ（λ）となるように切断し、研磨機を用いて試
料の両端面が長軸に垂直な平行平面となるように研磨
し、評価試料とした。３．測定方法図２に示すように、光学ベンチ101 の上に配置された試
料台の上に試作した試料108 をセットし、絞り104 を調
節して光源102 からの光が集光用レンズ103 、絞り104
、ガラス板105 を通り、試料の端面全面に入射するよ
うにした後、試料108 およびポラロイドカメラ107 の位
置をポラロイドフィルム上にピントが合うように調節
し、正方形格子像を撮影し、格子の歪みを観察した。ガ
ラス板105 はフォトマスク用クロムメッキガラスのクロ
ム皮膜を0.1mm の正方形格子模様に精密加工したものを
用いた。［屈折率分布の測定］カールツアイス社製インターファ
コ干渉顕微鏡を用いて公知の方法により測定した。

【００１６】

【実施例１】塊状重合により得たポリ−（2,2,3,3-テト
ラフルオロプロピルメタクリレート）（単独重合体の屈
折率n_D=1.420、［η］=2.285、25℃のMEK 中で測定）50
重量部、メチルメタクリレート（単独重合体の屈折率n_D
=1.498、沸点 100℃）32重量部、tert−ブチルメタクリ
レート（単独重合体の屈折率n_D=1.483、沸点67℃／70mm
Hg）18重量部、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケ
トン 0.1重量部、ハイドロキノン 0.1重量部を図１のシ
リンダー11に仕込み、70℃に加熱し、混練部を通して、
径が2.0mm のノズルより押出した。この時、この前駆体
組成物の押出し時の粘度は１×10⁴ ポイズであった。続
いてこの押出したファイバを50℃に加熱され、窒素ガス
が10リットル／min の速度で流れる揮発部を８分で通過さ
せ、引続き80℃に加熱され、窒素ガスが10リットル／min の
速度で流れる揮発部を６分で通過させて６本の円状に等
間隔に設置された 500Ｗの超高圧水銀灯の中心にファイ
バを通過させ、0.5 分間光を照射し、20cm／min の速度
でニップローラーで引き取った。得られたファイバの直
径は1.00mmであり、インターファコ干渉顕微鏡により測
定した屈折率分布は、中心が1.448 、周辺部が1.431 で
あり、中心部から周辺部に向かって連続的に減少してい
た。

【００１７】なお、得られたファイバのＮＭＲによる組
成分析の結果は、中心部にはポリ−（2,2,3,3-テトラフ
ルオロプロピルメタクリレート）が56重量％、周辺部に
は83重量％含まれていた。またメチルメタクリレートは
中心部には30重量％、周辺部には４重量％含まれてお
り、tert−ブチルメタクリレートは中心部で14重量％、
周辺部で13重量％であった。単量体の残留分は全体とし
て 1.0％であった。また先述のレンズ性能の測定を行っ
た結果、正方形格子の像は歪が少ないものであった。

【００１８】

【実施例２】塊状重合により製造した2,2,3,3-テトラフ
ルオロプロピルメタクリレート90重量％とメチルメタク
リレート10重量％とからなる共重合体（n_D=1.423）53重
量部、メチルメタクリレート32重量部、iso-ブチルメタ
クリレート（単独重合体の屈折率n_D=1.426、沸点 155
℃）15重量部、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケ
トン 0.1重量部、ハイドロキノン 0.1重量部とを図１の
装置に仕込み、実施例１と同様にして直径 1,000μｍの
ファイバを得た。ただし、第２揮発部の温度は70℃とす
る以外は実施例１と全く同様にして屈折率分布型光伝送
体を作った。得られた光伝送体をインターファコ干渉顕
微鏡により測定した屈折率分布は、中心が1.452 、周辺
部が1.435 であり、中心部から周辺部に向かって連続的
に減少していた。2,2,3,3-テトラフルオロプロピルメタ
クリレート共重合体の光伝送体中での組成比は、光伝送
体の中心部で49重量％、周辺部で80重量％であり、メチ
ルメタクリレート組成比は中心部で28重量％、周辺部で
５重量％であり、iso-ブチルメタクリレートは中心部で
22重量％、周辺部で13重量％であった。レンズ性能の測
定を行った結果、像は歪が少なく、また明るくなった。

【００１９】

【実施例３】実施例１で得たポリ−（2,2,3,3-テトラフ
ルオロプロピルメタクリレート）（n_D=1.420、［η］＝
2.285 、25℃、MEK 中で測定）45重量部、メチルメタク
リレート30重量部、ベンジルメタクリレート（単独重合
体の屈折率n_D=1.568、沸点 160℃／100mmHg ）25重量
部、1-ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン 0.1重
量部、ハイドロキノン 0.1重量部とを図１の装置に仕込
み、実施例１と同様にして賦形し、ストランドファイバ
よりの単量体の揮散および単量体の重合を行わしめ、直
径 995μｍのファイバを得た。ただし、第２揮発部の温
度は 100℃にて行った。得られた屈折率分布型光伝送体
を評価した結果、中心部の屈折率n_Dは1.467 、周辺部の
屈折率n_Dは1.444 であり、中心から周辺部に向かってn_D
が連続的に減少していた。また、ポリ−（2,2,3,3-テト
ラフルオロプロピルメタクリレート）の光伝送体中での
組成比は、中心部で58重量％、周辺部で82重量％であ
り、メチルメタクリレートの組成比は、中心部で20重量
％、周辺部で３重量％であり、ベンジルメタクリレート
の組成比は、中心部で22重量％、周辺部で15重量％であ
り、メチルメタクリレートは中心部で75重量％、周辺部
で65重量％であった。レンズ性能の測定を行った結果、
実施例１、２のものよりは若干悪いものの、歪は少なか
った。

【００２０】

【発明の効果】本発明の製造方法により、従来技術が抱
えてした断続的な生産工程による不合理性を解決し、連
続的な光伝送体の生産が可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のプラスチック光伝送体の製造方法を実
施するための装置の一例を示す模式図である。

【図２】本発明のプラスチック光伝送体のレンズ性能を
評価するための装置の概念図である。

【符号の説明】

１ ………… シリンダー２ ………… 混練部３ ………… ヒーター４ ………… ピストン５ ………… ノズル６ ………… ストランドファイバ 7a ………… 第１揮発塔 7b ………… 第２揮発塔８ ………… 活性光線照射部９ ………… ガス導入孔 10 ………… ニップローラー 11 ………… 巻取りドラム 12 ………… 光伝送体 101 ………… 光学ベンチ 102 ………… 光源 103 ………… 集光用レンズ 104 ………… 絞り 105 ………… フォトマスク用クロムメッキガラスのク
ロム皮膜を0.1mm の正方形格子模様に精密加工したガラ
ス板 106 ………… 試料台 107 ………… カメラ 108 ………… 評価用試料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小田正昭広島県大竹市御幸町20番１号三菱レイヨン株式会社中央研究所内 (56)参考文献特開平４−86605（ＪＰ，Ａ) 特開平３−192310（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G02B 3/00 G02B 6/00 - 6/02 G02B 6/10 G02B 6/13 - 6/22 G02B 6/44

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】低屈折率N1の重合体(A) と、重合体(A)
よりも高屈折率N2の重合体(B) を与える揮発性の高い単
量体(C) および重合体(A) よりも高屈折率N3の重合体
(D) を与え、かつ、単量体(C) よりも揮発性の低い単量
体(E) とを溶解混合した組成物を所望の形に成形し、該
成形物の表面よりまず単量体(C) を揮発させ、その後単
量体(E) をも揮発する条件におくことによって成形物の
内部から表面に向かって、または該成形物の一端面から
他端面に向かって単量体(C) および単量体(E) に連続的
な濃度分布をつけた状態で該成形体中の未重合の単量体
(C) および単量体(E) を重合せしめることを特徴とする
屈折率分布型プラスチック成形体の製法。